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2022高考化学人教版一轮复习课件：第七单元 第2节 化学平衡状态 化学平衡的移动
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这是一份2022高考化学人教版一轮复习课件：第七单元 第2节 化学平衡状态 化学平衡的移动，共60页。PPT课件主要包含了必备知识自主预诊，同一条件，正反应，逆反应，平衡特点，关键能力考向突破，答案C，平衡移动过程，答案A，答案B等内容，欢迎下载使用。
知识梳理一、可逆反应1.定义:在 下,既可以向 方向进行,同时又可以向 方向进行的化学反应。 2.特点(1)二同:a.相同条件下;b.正、逆反应可同时进行。(2)一小:反应物与生成物同时存在;任一组分的转化率都 (填“大于”或“小于”)100%。 3.表示:在方程式中用“ ”表示。
二、化学平衡状态1.定义一定条件下的可逆反应中,当正、逆反应的速率相等时,反应混合物中各组分的浓度保持不变的状态。
2.化学平衡的建立在一定条件下,把某一可逆反应的反应物加入固定容积的密闭容器中。反应过程如下:反应开始时反应物浓度最大,v(正)最大,生成物浓度为0,v(逆)为零↓反应进行时反应物浓度逐渐减小→v(正)逐渐减小。生成物浓度由零逐渐增大→v(逆)从零逐渐增大↓达到平衡时v(正)=v(逆),反应混合物中各组分的浓度保持不变
微点拨 (1)可逆反应体系中,反应物不能全部转化为生成物,生成物也不能完全转化为反应物。(2)化学反应达到平衡状态时,各组分的浓度、百分含量保持不变,但不一定相等。
自我诊断1.判断正误,正确的打“√”,错误的打“×”。(1)2H2O 2H2↑+O2↑为可逆反应。( )(2)二次电池的充、放电过程为可逆反应。( )(3)对反应A(g)+B(g) C(g)+D(g),压强不随时间而变,说明反应已达平衡状态。( )(4)恒温恒容下进行的可逆反应:2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g),当SO3的生成速率与SO2的消耗速率相等时,反应达到平衡状态。( )(5)在2 L密闭容器内,800 ℃时反应2NO(g)+O2(g) 2NO2(g)体系中,当该容器内颜色保持不变时能说明该反应已达到平衡状态。( )
(6)对于反应NO2(g)+SO2(g) SO3(g)+NO(g),当每消耗1 ml SO3的同时生成1 ml NO2时,说明反应达到平衡状态。( )(7)化学平衡状态指的是反应静止了,不再发生反应了。( )(8)对于反应A(g)+B(g) 2C(g)+D(g),当密度保持不变,在恒温恒容或恒温恒压条件下,均不能作为达到化学平衡状态的标志。( )
答案 (1)× (2)× (3)× (4)× (5)√ (6)×(7)× (8)×
2.向含有2 ml SO2的容器中通入过量O2发生反应2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) ΔH=-Q kJ·ml-1(Q>0),充分反应后生成SO3的物质的量 (填“<”“>”或“=”,下同)2 ml ,SO2的物质的量 0,转化率 100%,反应放出的热量 Q kJ。
答案 < > < <
考向1 “极端转化”确定各物质的“量”【典例1】 一定条件下,对于可逆反应X(g)+3Y(g) 2Z(g),若X、Y、Z的起始浓度分别为c1、c2、c3(均不为0),达到平衡时,X、Y、Z的浓度分别为0.1 ml·L-1、0.3 ml·L-1、0.08 ml·L-1,则下列判断正确的是( )A.c1∶c2=3∶1B.平衡时,Y和Z的生成速率之比为2∶3C.X、Y的转化率不相等D.c1的取值范围为0
解析 2SO2(g)+ O2(g) 2SO3(g)c(某时刻) 0.2 ml·L-10.2 ml·L-10.2 ml·L-1c(向右进行完全) 0 0.1 ml·L-10.4 ml·L-1c(向左进行完全) 0.4 ml·L-1 0.3 ml·L-10由于该反应为可逆反应,SO3的浓度一定小于0.4 ml·L-1,故A错误;SO2与SO3浓度不会均为0.15 ml·L-1,故B项错误;由于反应为可逆反应,SO2的浓度一定小于0.4 ml·L-1,则可能为0.25 ml·L-1,故C项正确;根据硫元素守恒,c(SO2)+c(SO3)=0.4 ml·L-1,故D项错误。
规律小结 用极端假设法确定各物质的浓度范围先假设反应正向或逆向进行到底,求出各物质浓度的最大值和最小值,从而确定它们的浓度范围。假设反应正向进行到底: X2(g)+Y2(g) 2Z(g)起始浓度/(ml·L-1)0.10.30.2改变浓度/(ml·L-1)0.10.10.2终态浓度/(ml·L-1)00.20.4
假设反应逆向进行到底: X2(g)+Y2(g) 2Z(g)起始浓度/(ml·L-1)0.10.30.2改变浓度/(ml·L-1)0.10.10.2终态浓度/(ml·L-1)0.20.40平衡体系中各物质的浓度数值范围为0
A.①② B.②④C.③④ D.①④
答案 D 解析 ΔH是恒量,不能作为判断平衡状态的标志;该反应是充入1 ml N2O4,正反应速率应是逐渐减小直至不变,③不正确。
对点演练2Ⅰ.在一定温度下的定容容器中,当下列物理量不再发生变化时:①混合气体的压强;②混合气体的密度;③混合气体的总物质的量;④混合气体的平均相对分子质量;⑤混合气体的颜色;⑥各反应物或生成物的浓度之比等于化学计量数之比;⑦某种气体的百分含量。
(1)能说明2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)达到平衡状态的是 (填序号,下同)。 (2)能说明I2(g)+H2(g) 2HI(g)达到平衡状态的是 。 (3)能说明2NO2(g) N2O4(g)达到平衡状态的是 。 (4)能说明C(s)+CO2(g) 2CO(g)达到平衡状态的是 。 (5)能说明A(s)+2B(g) C(g)+D(g)达到平衡状态的是 。 (6)能说明NH2COONH4(s) 2NH3(g)+CO2(g)达到平衡状态的是 。
(7)能说明5CO(g)+I2O5(s) 5CO2(g)+I2(s)达到平衡状态的是 。
Ⅱ.若上述题目改成一定温度下的恒压密闭容器,结果又如何?(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7)
答案 Ⅰ.(1)①③④⑦ (2)⑤⑦ (3)①③④⑤⑦ (4)①②③④⑦ (5)②④⑦ (6)①②③ (7)②④⑦Ⅱ.(1)②③④⑦ (2)⑤⑦ (3)②③④⑤⑦ (4)②③④⑦ (5)②④⑦ (6)②③ (7)②④⑦
深度指津 判断化学平衡状态的两方法和两标志(1)两方法——逆向相等、变量不变。①“逆向相等”:反应速率必须一个是正反应的速率,一个是逆反应的速率,且经过换算后同一种物质的正反应速率和逆反应速率相等。②“变量不变”:如果一个量是随反应进行而改变,当这个量不变时为平衡状态;一个随反应的进行保持不变的量,不能作为平衡状态的判断依据。
(2)两标志——本质标志、等价标志。①本质标志:v(正)=v(逆)≠0。对于某一可逆反应来说,正反应消耗掉某物质的速率等于逆反应生成该物质的速率。②等价标志:a.对于全部是气体参加的反应,并且反应后气体物质的量发生改变,体系的压强(恒温恒容)、平均相对分子质量不随时间而变化。例如N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)。
b.体系中各组分的物质的量浓度、体积分数、物质的量(或质量)分数保持不变。c.对同一物质而言,断裂化学键的物质的量与形成化学键的物质的量相等。d.对于有有色物质参加或生成的可逆反应,体系的颜色不再随时间而变化。例如2NO2(g) N2O4(g)。e.体系中某反应物的转化率或某生成物的产率达到最大值且不再随时间而变化。f.绝热体系的温度不变。
知识梳理1.定义在一定条件下,当可逆反应达到平衡状态以后,如果改变反应条件(如①温度、②压强、③浓度等),平衡状态被破坏,平衡体系中各组分的浓度也会随之改变,直至达到新的平衡状态。这种由原有的平衡状态达到新的平衡状态的过程,叫做化学平衡的移动。
3.化学平衡移动与化学反应速率的关系v(正)>v(逆),平衡向正反应方向移动;v(正)=v(逆),反应达到平衡状态,平衡不发生移动;v(正)
5.勒夏特列原理及运用勒夏特列原理:如果改变影响化学平衡的条件之一(如温度、压强及参加反应的化学物质的浓度),平衡就向着能够 这种改变的方向移动。本原理也称化学平衡移动原理。 化学平衡移动的目的是“减弱”外界条件的改变,而不是“消除”外界条件的改变,即“减弱而不抵消”。
6.化学平衡中的特殊情况(1)当反应混合物中存在与其他物质不相混溶的固体或液体物质时,由于其“浓度”是恒定的,不随其量的增减而变化,故改变这些固体或液体的量,对化学平衡没影响。(2)同等程度地改变反应混合物中各物质的浓度时,应视为压强的影响。
(3)充入惰性气体(不参与反应的气体)与平衡移动的关系:①恒温、恒容条件。原平衡体系 体系总压强增大→体系中各组分的浓度不变→平衡不移动②恒温、恒压条件。
自我诊断1.判断正误,正确的打“√”,错误的打“×”。(1)平衡时,其他条件不变,分离出固体生成物,v(正)加快。( )(2)化学平衡发生移动,速率一定改变。速率改变,化学平衡一定发生移动。( )(3)化学平衡正向移动,反应物的转化率不一定增大。( )(4)合成氨反应需使用催化剂,说明催化剂可以促进该平衡向生成氨的方向移动。( )(5)二氧化氮与四氧化二氮的平衡体系,加压后颜色加深。( )
(6)往平衡体系FeCl3+3KSCN Fe(SCN)3+3KCl中加入KCl固体,平衡将向逆反应方向移动,溶液颜色将变浅。( )(7)对于密闭容器中的可逆反应mX(g)+nY(s) pZ(g) ΔH<0,达到化学平衡后,通入氦气,化学平衡一定发生移动。( )(8)C(s)+CO2(g) 2CO(g) ΔH>0,其他条件不变时升高温度,反应速率v(CO2)和CO2的平衡转化率均增大。( )
答案 (1)× (2)× (3)√ (4)× (5)√ (6)× (7)× (8)√
2.在一个密闭容器中充入a ml A和b ml B,发生反应aA(g)+bB(g) cC(g)+dD(g) ΔH>0,一段时间后达到平衡,测得各物质的浓度。(1)若体积不变,仅增加c(A),A的转化率将 (填“增大”“减小”或“不变”,下同),B的转化率将 ,达到新平衡时,c(A)将 ,c(B)将 ,c(C)将 ,c(D)将 。
(2)体积不变,再充入a ml A和b ml B,则平衡 移动,达到新平衡时,c(A)将 ,c(B)将 ,c(C)将 ,c(D)将 。 ①若a+b=c+d,则A的转化率将 ; ②若a+b>c+d,则A的转化率将 ; ③若a+b
考向1 外界条件对化学平衡的影响【典例1】 (2020江苏无锡模拟)将等物质的量的X、Y气体充入某密闭容器中,一定条件下,发生如下反应并达到平衡X(g)+3Y(g) 2Z(g) ΔH<0。改变某个条件并维持新条件直至达到新的平衡,下表中关于新平衡与原平衡的比较正确的是( )
答案 C 解析 升温,平衡向吸热反应的方向移动,即逆向移动,X的体积分数变大,A项错误;增大压强,容器体积减小,由勒夏特列原理可知,各组分的浓度均比原平衡的大,故B项错误;增大一种反应物的浓度,能够提高另一种反应物的转化率,而其本身的转化率降低,C项正确;催化剂只能改变反应速率,不影响平衡状态,故各物质的体积分数不变,D项错误。
对点演练1处于平衡状态的反应2H2S(g) 2H2(g)+S2(g) ΔH>0,在不改变其他条件的情况下,下列合理的说法是( )A.加入催化剂,反应途径将发生改变,ΔH也将随之改变B.升高温度,正、逆反应速率都增大,H2S分解率也增大C.增大压强,平衡向逆反应方向移动,将引起体系温度降低D.若体系恒容,注入一些H2后达新平衡,与原平衡相比H2浓度将减小
答案 B 解析 反应的焓变与反应发生的途径无关,A项错误;温度升高,正、逆反应速率均增大,因正反应是吸热反应,故平衡正向移动,H2S分解率增大,B项正确;正反应是气体体积增大的反应,增大压强平衡逆向移动,逆向反应是放热反应,会使体系温度升高,C项错误;向体系中注入H2,体系将向H2浓度降低的方向移动,但最终H2的浓度较原平衡时增大,D项错误。
对点演练2对于一定条件下的可逆反应甲:A(g)+B(g) C(g) ΔH<0乙:A(s)+B(g) C(g) ΔH<0丙:A(g)+B(g) 2C(g) ΔH>0达到化学平衡后,改变条件,按要求回答下列问题。
(1)升温。①平衡移动方向(填“向左”“向右”或“不移动”):甲 ;乙 ;丙 。 此时反应体系的温度均比原来 (填“高”或“低”)。 ②混合气体的平均相对分子质量变化(填“增大”“减小”或“不变”):甲 ;乙 ;丙 。
(2)加压,使体系体积缩小为原来的 。①平衡移动方向(填“向左”“向右”或“不移动”):甲 ;乙 ;丙 。 ②设压缩之前压强分别为p甲、p乙、p丙,压缩后压强分别为p甲'、p乙'、p丙',则p甲与p甲',p乙与p乙',p丙与p丙'的关系:甲 ;乙 ;丙 。 (3)恒温恒压充入氖气。平衡移动方向(填“向左”“向右”或“不移动”):甲 ;乙 ;丙 。
答案 (1)①向左 向左 向右 高 ②减小 减小 不变 (2)①向右 不移动 不移动 ②p甲
考向2 化学平衡移动图像分析【典例2】 工业上利用Ga与NH3在高温条件下合成半导体材料氮化稼(GaN)固体的同时有氢气生成。反应中,每生成3 ml H2时放出30.8 kJ的热量。在恒温恒容密闭体系内进行上述反应,下列有关表达正确的是( )
A.Ⅰ图像中如果纵坐标为正反应速率,则t时刻改变的条件可以为升温或加压B.Ⅱ图像中纵坐标可以为镓的转化率C.Ⅲ图像中纵坐标可以为化学反应速率D.Ⅳ图像中纵坐标可以为体系内混合气体平均相对分子质量
解析 根据题意分析可得,发生反应的化学方程式为2Ga(s)+2NH3(g) 2GaN+3H2(g) ΔH<0。Ⅰ图像中如果纵坐标为正反应速率,升高温度或增大压强,反应速率增大,图像符合题意,A项正确;由反应的化学方程式可知,增大压强时平衡逆向移动,镓的转化率减小,B项错误;Ga是固体,其质量不影响反应速率,C项错误;根据反应的方程式可知,相同压强下,升高温度,平衡逆向移动,混合气体的平均相对分子质量增大;相同温度下,增大压强,平衡逆向移动,混合气体的平均相对分子质量增大,D项错误。
对点演练3密闭容器中进行的可逆反应aA(g)+bB(g)cC(g)在不同温度(T1和T2)及压强(p1和p2)下,混合气体中B的质量分数w(B)与反应时间(t)的关系如图所示。下列判断正确的是( )A.T1c,正反应为吸热反应B.T1>T2,p1p2,a+bT2,p1>p2,a+b>c,正反应为放热反应
答案 B 解析 由(T1,p1)和(T1,p2)两条曲线可以看出,p2>p1;压强较大(即压强为p2)时对应的w(B)较大,说明增大压强平衡逆向移动,则a+bT2;温度较高(即温度为T1)时对应的w(B)较小,说明升高温度平衡正向移动,故正反应为吸热反应。所以B项正确。
规律小结 化学平衡图像题的解题思路
知识梳理1.含义在一定条件(恒温恒容或恒温恒压)下,同一可逆反应体系,起始时加入物质的物质的量不同,达到化学平衡时,同种物质的百分含量 。
2.原理同一可逆反应,在外界条件一定时,不管是从正反应开始,还是从逆反应开始,最后都能达到平衡状态,其中平衡混合物中各成分的百分含量 。由于化学平衡状态与 有关,而与建立平衡的 无关,因而同一可逆反应,从不同的状态开始,只要达到平衡时的条件(温度、浓度、压强等)完全相同,即可形成等效平衡。
3.规律对于可逆反应aA(g)+bB(g) cC(g)+dD(g)
自我诊断1.对于以下三个反应,从反应开始进行到达到平衡后,保持温度、体积不变,按要求回答下列问题。(1)PCl5(g) PCl3(g)+Cl2(g):再充入PCl5(g),平衡向 方向移动,达到平衡后,PCl5(g)的转化率 ,PCl5(g)的百分含量 。 (2)2HI(g) I2(g)+H2(g)再充入HI(g),平衡向 方向移动,达到平衡后,HI的分解率 ,HI的百分含量 。
(3)2NO2(g) N2O4(g)再充入NO2(g),平衡向 方向移动,达到平衡后,NO2(g)的转化率 ,NO2(g)的百分含量 。
答案 (1)正反应 减小 增大(2)正反应 不变 不变 (3)正反应 增大 减小
2.在等温等容条件下,发生可逆反应2A(g)+B(g) 3C(g)+D(g) ΔH=-Q1 kJ·ml-1(Q1>0),起始物质的量如下表所示:
(1)上述反应达到平衡时,互为等效平衡的是 ;相同的量有 。 (2)达到平衡后,①放出的热量为Q2 kJ,⑤吸收的热量为Q3 kJ,则Q1、Q2、Q3的定量关系为 。
答案 (1)①③⑤ 物质的量、质量、体积、物质的量浓度、组分百分含量(物质的量分数、质量分数、体积分数) (2)Q2+Q3=Q1
考向1 恒温恒容条件下的等效平衡【典例1】 (2020湖南长郡中学月考)一定温度下,在3个容积均为1.0 L的恒容密闭容器中反应2H2(g)+CO(g) CH3OH(g)达到平衡,下列说法正确的是( )
A.该反应的正反应吸热B.达到平衡时,容器Ⅰ中反应物的转化率比容器Ⅱ中的大C.达到平衡时,容器Ⅱ中c(H2)大于容器Ⅲ中c(H2)的两倍D.达到平衡时,容器Ⅲ中的正反应速率比容器Ⅰ中的大
答案 D 解析 对比容器Ⅰ和Ⅲ可知两者投料量相当,若温度相同,最终会建立等效平衡,但Ⅲ中温度高,平衡时c(CH3OH)小,说明平衡向逆反应方向移动,即逆反应为吸热反应,则正反应为放热反应,A错误;Ⅱ相对于Ⅰ成比例增加投料量,相当于加压,平衡正向移动,转化率提高,所以平衡时Ⅱ中转化率高,B错误;不考虑温度,Ⅱ中投料量是Ⅲ的两倍,相当于加压,平衡正向移动,所以平衡时Ⅱ中c(H2)小于Ⅲ中c(H2)的两倍,再考虑温度,Ⅲ中c(H2)还会增大,C错误;对比Ⅰ和Ⅲ,若温度相同,两者会建立等效平衡,两容器中反应速率相等,但Ⅲ温度高,速率更快,D正确。
对点演练1将4.0 ml PCl3和2.0 ml Cl2充入体积不变的密闭容器中,在一定条件下发生下述反应:PCl3(g)+Cl2(g) PCl5(g)。达到平衡时,PCl5为0.80 ml ,如果此时移走2.0 ml PCl3和1.0 ml Cl2,在相同温度下再达平衡时PCl5的物质的量是( )A.0.8 mlB.0.4 mlC.小于0.4 mlD.大于0.4 ml,小于0.8 ml
对点演练2在相同温度下,体积均为1 L的四个密闭容器中,保持温度和容器容积不变,以下表中四种不同的投料方式进行反应。平衡时有关数据如下。[已知2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) ΔH=-196.6 kJ·ml-1]
下列关系正确的是( )A.a=c;e=gB.a<2b;e<2fC.a>d;e>hD.c+98.3e=196.6
答案 D 解析 根据投料,甲、丙是等效平衡,甲容器起始时从正反应方向建立平衡,放出热量a,丙容器从逆反应方向建立平衡,吸收热量c,a+c=196.6,因转化率不确定,二者不一定相等,A错误;若将甲容器的容积扩大为原来的2倍,则达到平衡时甲与乙内各物质的浓度相等,但放出的热量是乙的2倍,现将甲恢复为原来的体积,平衡向正反应方向移动,又会放出热量,故a>2b,同理e>2f,B错误;丁中的O2可看作是在甲达到平衡后再充入1 ml O2,则平衡正向移动,放出热量增多,即有a
考向2 恒温恒压条件下的等效平衡【典例2】 恒温恒压下,在一个容积可变的密闭容器中发生反应A(g)+B(g) C(g),若开始时通入1 ml A和1 ml B,达到平衡时生成a ml C。则下列说法错误的是( )A.若开始时通入3 ml A和3 ml B,达到平衡时,生成的C的物质的量为3a mlB.若开始时通入4 ml A、4 ml B和2 ml C,达到平衡时,B的物质的量一定大于4 ml
C.若开始时通入2 ml A、2 ml B和1 ml C,达到平衡时,再通入3 ml C,则再次达到平衡后,C的物质的量分数为D.若在原平衡体系中,再通入1 ml A和1 ml B,混合气体的平均相对分子质量不变
答案 B 解析 A项,开始时通入3 ml A和3 ml B,由于容器体积膨胀,保持恒压,相当于将三个原平衡时的容器叠加,则平衡时C的物质的量为3a ml ,正确;B项,无法确定平衡移动的方向,不能确定平衡时B的物质的量一定大于4 ml,错误;C项,最终达到平衡时和开始通入1 ml A和1 ml B 达到的平衡为等效平衡,根据题给数据可算出达到平衡时C的物质的量分数为 ,正确;D项,两种情况下属于等效平衡,各气体的比例不变,混合气体的平均相对分子质量不变,正确。
对点演练3容积相同的甲、乙两个容器中,分别充有SO2和O2,且两容器中相同物质的物质的量相等,在相同温度下发生反应2SO2+O2 2SO3并达到平衡。在这个过程中,甲容器保持容积不变,乙容器保持压强不变,若甲容器中SO2的转化率为p%,则乙容器中SO2的转化率为( )A.等于p%B.大于p%C.小于p%D.无法判断
解析 根据题意,甲、乙两容器可设为如图所示装置: 。2SO2+O2 2SO3是一气体总物质的量减少的反应。甲容器保持容积不变,压强变小,乙容器保持压强不变,容积减小,达到平衡状态时转化为状态丙 。假设乙中的活塞不移动,由于甲、乙两个容器的容积、温度相同,达到平衡时甲、乙两容器中存在的平衡是等效平衡,其中SO2的转化率也相等。对于乙和丙两个状态,乙中压强小于丙中压强,因此丙中SO2转化率大于乙中SO2转化率。由此可以判断出丙中SO2的转化率也大于甲中SO2的转化率。所以正确答案为B。
1.影响化学平衡移动的3个外界因素(1)浓度;(2)压强;(3)温度。2.判断化学平衡移动的依据是勒夏特列原理。3.解平衡图像题的2个策略(1)“先拐先平数值大”原则:先出现拐点的反应则先达到平衡,其代表的温度越高或压强越大。(2)“定一议二”原则:先确定横坐标(或纵坐标)所表示的数值,再讨论纵坐标(或横坐标)与曲线的关系。
知识梳理一、可逆反应1.定义:在 下,既可以向 方向进行,同时又可以向 方向进行的化学反应。 2.特点(1)二同:a.相同条件下;b.正、逆反应可同时进行。(2)一小:反应物与生成物同时存在;任一组分的转化率都 (填“大于”或“小于”)100%。 3.表示:在方程式中用“ ”表示。
二、化学平衡状态1.定义一定条件下的可逆反应中,当正、逆反应的速率相等时,反应混合物中各组分的浓度保持不变的状态。
2.化学平衡的建立在一定条件下,把某一可逆反应的反应物加入固定容积的密闭容器中。反应过程如下:反应开始时反应物浓度最大,v(正)最大,生成物浓度为0,v(逆)为零↓反应进行时反应物浓度逐渐减小→v(正)逐渐减小。生成物浓度由零逐渐增大→v(逆)从零逐渐增大↓达到平衡时v(正)=v(逆),反应混合物中各组分的浓度保持不变
微点拨 (1)可逆反应体系中,反应物不能全部转化为生成物,生成物也不能完全转化为反应物。(2)化学反应达到平衡状态时,各组分的浓度、百分含量保持不变,但不一定相等。
自我诊断1.判断正误,正确的打“√”,错误的打“×”。(1)2H2O 2H2↑+O2↑为可逆反应。( )(2)二次电池的充、放电过程为可逆反应。( )(3)对反应A(g)+B(g) C(g)+D(g),压强不随时间而变,说明反应已达平衡状态。( )(4)恒温恒容下进行的可逆反应:2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g),当SO3的生成速率与SO2的消耗速率相等时,反应达到平衡状态。( )(5)在2 L密闭容器内,800 ℃时反应2NO(g)+O2(g) 2NO2(g)体系中,当该容器内颜色保持不变时能说明该反应已达到平衡状态。( )
(6)对于反应NO2(g)+SO2(g) SO3(g)+NO(g),当每消耗1 ml SO3的同时生成1 ml NO2时,说明反应达到平衡状态。( )(7)化学平衡状态指的是反应静止了,不再发生反应了。( )(8)对于反应A(g)+B(g) 2C(g)+D(g),当密度保持不变,在恒温恒容或恒温恒压条件下,均不能作为达到化学平衡状态的标志。( )
答案 (1)× (2)× (3)× (4)× (5)√ (6)×(7)× (8)×
2.向含有2 ml SO2的容器中通入过量O2发生反应2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) ΔH=-Q kJ·ml-1(Q>0),充分反应后生成SO3的物质的量 (填“<”“>”或“=”,下同)2 ml ,SO2的物质的量 0,转化率 100%,反应放出的热量 Q kJ。
答案 < > < <
考向1 “极端转化”确定各物质的“量”【典例1】 一定条件下,对于可逆反应X(g)+3Y(g) 2Z(g),若X、Y、Z的起始浓度分别为c1、c2、c3(均不为0),达到平衡时,X、Y、Z的浓度分别为0.1 ml·L-1、0.3 ml·L-1、0.08 ml·L-1,则下列判断正确的是( )A.c1∶c2=3∶1B.平衡时,Y和Z的生成速率之比为2∶3C.X、Y的转化率不相等D.c1的取值范围为0
解析 2SO2(g)+ O2(g) 2SO3(g)c(某时刻) 0.2 ml·L-10.2 ml·L-10.2 ml·L-1c(向右进行完全) 0 0.1 ml·L-10.4 ml·L-1c(向左进行完全) 0.4 ml·L-1 0.3 ml·L-10由于该反应为可逆反应,SO3的浓度一定小于0.4 ml·L-1,故A错误;SO2与SO3浓度不会均为0.15 ml·L-1,故B项错误;由于反应为可逆反应,SO2的浓度一定小于0.4 ml·L-1,则可能为0.25 ml·L-1,故C项正确;根据硫元素守恒,c(SO2)+c(SO3)=0.4 ml·L-1,故D项错误。
规律小结 用极端假设法确定各物质的浓度范围先假设反应正向或逆向进行到底,求出各物质浓度的最大值和最小值,从而确定它们的浓度范围。假设反应正向进行到底: X2(g)+Y2(g) 2Z(g)起始浓度/(ml·L-1)0.10.30.2改变浓度/(ml·L-1)0.10.10.2终态浓度/(ml·L-1)00.20.4
假设反应逆向进行到底: X2(g)+Y2(g) 2Z(g)起始浓度/(ml·L-1)0.10.30.2改变浓度/(ml·L-1)0.10.10.2终态浓度/(ml·L-1)0.20.40平衡体系中各物质的浓度数值范围为0
A.①② B.②④C.③④ D.①④
答案 D 解析 ΔH是恒量,不能作为判断平衡状态的标志;该反应是充入1 ml N2O4,正反应速率应是逐渐减小直至不变,③不正确。
对点演练2Ⅰ.在一定温度下的定容容器中,当下列物理量不再发生变化时:①混合气体的压强;②混合气体的密度;③混合气体的总物质的量;④混合气体的平均相对分子质量;⑤混合气体的颜色;⑥各反应物或生成物的浓度之比等于化学计量数之比;⑦某种气体的百分含量。
(1)能说明2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)达到平衡状态的是 (填序号,下同)。 (2)能说明I2(g)+H2(g) 2HI(g)达到平衡状态的是 。 (3)能说明2NO2(g) N2O4(g)达到平衡状态的是 。 (4)能说明C(s)+CO2(g) 2CO(g)达到平衡状态的是 。 (5)能说明A(s)+2B(g) C(g)+D(g)达到平衡状态的是 。 (6)能说明NH2COONH4(s) 2NH3(g)+CO2(g)达到平衡状态的是 。
(7)能说明5CO(g)+I2O5(s) 5CO2(g)+I2(s)达到平衡状态的是 。
Ⅱ.若上述题目改成一定温度下的恒压密闭容器,结果又如何?(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7)
答案 Ⅰ.(1)①③④⑦ (2)⑤⑦ (3)①③④⑤⑦ (4)①②③④⑦ (5)②④⑦ (6)①②③ (7)②④⑦Ⅱ.(1)②③④⑦ (2)⑤⑦ (3)②③④⑤⑦ (4)②③④⑦ (5)②④⑦ (6)②③ (7)②④⑦
深度指津 判断化学平衡状态的两方法和两标志(1)两方法——逆向相等、变量不变。①“逆向相等”:反应速率必须一个是正反应的速率,一个是逆反应的速率,且经过换算后同一种物质的正反应速率和逆反应速率相等。②“变量不变”:如果一个量是随反应进行而改变,当这个量不变时为平衡状态;一个随反应的进行保持不变的量,不能作为平衡状态的判断依据。
(2)两标志——本质标志、等价标志。①本质标志:v(正)=v(逆)≠0。对于某一可逆反应来说,正反应消耗掉某物质的速率等于逆反应生成该物质的速率。②等价标志:a.对于全部是气体参加的反应,并且反应后气体物质的量发生改变,体系的压强(恒温恒容)、平均相对分子质量不随时间而变化。例如N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)。
b.体系中各组分的物质的量浓度、体积分数、物质的量(或质量)分数保持不变。c.对同一物质而言,断裂化学键的物质的量与形成化学键的物质的量相等。d.对于有有色物质参加或生成的可逆反应,体系的颜色不再随时间而变化。例如2NO2(g) N2O4(g)。e.体系中某反应物的转化率或某生成物的产率达到最大值且不再随时间而变化。f.绝热体系的温度不变。
知识梳理1.定义在一定条件下,当可逆反应达到平衡状态以后,如果改变反应条件(如①温度、②压强、③浓度等),平衡状态被破坏,平衡体系中各组分的浓度也会随之改变,直至达到新的平衡状态。这种由原有的平衡状态达到新的平衡状态的过程,叫做化学平衡的移动。
3.化学平衡移动与化学反应速率的关系v(正)>v(逆),平衡向正反应方向移动;v(正)=v(逆),反应达到平衡状态,平衡不发生移动;v(正)
5.勒夏特列原理及运用勒夏特列原理:如果改变影响化学平衡的条件之一(如温度、压强及参加反应的化学物质的浓度),平衡就向着能够 这种改变的方向移动。本原理也称化学平衡移动原理。 化学平衡移动的目的是“减弱”外界条件的改变,而不是“消除”外界条件的改变,即“减弱而不抵消”。
6.化学平衡中的特殊情况(1)当反应混合物中存在与其他物质不相混溶的固体或液体物质时,由于其“浓度”是恒定的,不随其量的增减而变化,故改变这些固体或液体的量,对化学平衡没影响。(2)同等程度地改变反应混合物中各物质的浓度时,应视为压强的影响。
(3)充入惰性气体(不参与反应的气体)与平衡移动的关系:①恒温、恒容条件。原平衡体系 体系总压强增大→体系中各组分的浓度不变→平衡不移动②恒温、恒压条件。
自我诊断1.判断正误,正确的打“√”,错误的打“×”。(1)平衡时,其他条件不变,分离出固体生成物,v(正)加快。( )(2)化学平衡发生移动,速率一定改变。速率改变,化学平衡一定发生移动。( )(3)化学平衡正向移动,反应物的转化率不一定增大。( )(4)合成氨反应需使用催化剂,说明催化剂可以促进该平衡向生成氨的方向移动。( )(5)二氧化氮与四氧化二氮的平衡体系,加压后颜色加深。( )
(6)往平衡体系FeCl3+3KSCN Fe(SCN)3+3KCl中加入KCl固体,平衡将向逆反应方向移动,溶液颜色将变浅。( )(7)对于密闭容器中的可逆反应mX(g)+nY(s) pZ(g) ΔH<0,达到化学平衡后,通入氦气,化学平衡一定发生移动。( )(8)C(s)+CO2(g) 2CO(g) ΔH>0,其他条件不变时升高温度,反应速率v(CO2)和CO2的平衡转化率均增大。( )
答案 (1)× (2)× (3)√ (4)× (5)√ (6)× (7)× (8)√
2.在一个密闭容器中充入a ml A和b ml B,发生反应aA(g)+bB(g) cC(g)+dD(g) ΔH>0,一段时间后达到平衡,测得各物质的浓度。(1)若体积不变,仅增加c(A),A的转化率将 (填“增大”“减小”或“不变”,下同),B的转化率将 ,达到新平衡时,c(A)将 ,c(B)将 ,c(C)将 ,c(D)将 。
(2)体积不变,再充入a ml A和b ml B,则平衡 移动,达到新平衡时,c(A)将 ,c(B)将 ,c(C)将 ,c(D)将 。 ①若a+b=c+d,则A的转化率将 ; ②若a+b>c+d,则A的转化率将 ; ③若a+b
考向1 外界条件对化学平衡的影响【典例1】 (2020江苏无锡模拟)将等物质的量的X、Y气体充入某密闭容器中,一定条件下,发生如下反应并达到平衡X(g)+3Y(g) 2Z(g) ΔH<0。改变某个条件并维持新条件直至达到新的平衡,下表中关于新平衡与原平衡的比较正确的是( )
答案 C 解析 升温,平衡向吸热反应的方向移动,即逆向移动,X的体积分数变大,A项错误;增大压强,容器体积减小,由勒夏特列原理可知,各组分的浓度均比原平衡的大,故B项错误;增大一种反应物的浓度,能够提高另一种反应物的转化率,而其本身的转化率降低,C项正确;催化剂只能改变反应速率,不影响平衡状态,故各物质的体积分数不变,D项错误。
对点演练1处于平衡状态的反应2H2S(g) 2H2(g)+S2(g) ΔH>0,在不改变其他条件的情况下,下列合理的说法是( )A.加入催化剂,反应途径将发生改变,ΔH也将随之改变B.升高温度,正、逆反应速率都增大,H2S分解率也增大C.增大压强,平衡向逆反应方向移动,将引起体系温度降低D.若体系恒容,注入一些H2后达新平衡,与原平衡相比H2浓度将减小
答案 B 解析 反应的焓变与反应发生的途径无关,A项错误;温度升高,正、逆反应速率均增大,因正反应是吸热反应,故平衡正向移动,H2S分解率增大,B项正确;正反应是气体体积增大的反应,增大压强平衡逆向移动,逆向反应是放热反应,会使体系温度升高,C项错误;向体系中注入H2,体系将向H2浓度降低的方向移动,但最终H2的浓度较原平衡时增大,D项错误。
对点演练2对于一定条件下的可逆反应甲:A(g)+B(g) C(g) ΔH<0乙:A(s)+B(g) C(g) ΔH<0丙:A(g)+B(g) 2C(g) ΔH>0达到化学平衡后,改变条件,按要求回答下列问题。
(1)升温。①平衡移动方向(填“向左”“向右”或“不移动”):甲 ;乙 ;丙 。 此时反应体系的温度均比原来 (填“高”或“低”)。 ②混合气体的平均相对分子质量变化(填“增大”“减小”或“不变”):甲 ;乙 ;丙 。
(2)加压,使体系体积缩小为原来的 。①平衡移动方向(填“向左”“向右”或“不移动”):甲 ;乙 ;丙 。 ②设压缩之前压强分别为p甲、p乙、p丙,压缩后压强分别为p甲'、p乙'、p丙',则p甲与p甲',p乙与p乙',p丙与p丙'的关系:甲 ;乙 ;丙 。 (3)恒温恒压充入氖气。平衡移动方向(填“向左”“向右”或“不移动”):甲 ;乙 ;丙 。
答案 (1)①向左 向左 向右 高 ②减小 减小 不变 (2)①向右 不移动 不移动 ②p甲
考向2 化学平衡移动图像分析【典例2】 工业上利用Ga与NH3在高温条件下合成半导体材料氮化稼(GaN)固体的同时有氢气生成。反应中,每生成3 ml H2时放出30.8 kJ的热量。在恒温恒容密闭体系内进行上述反应,下列有关表达正确的是( )
A.Ⅰ图像中如果纵坐标为正反应速率,则t时刻改变的条件可以为升温或加压B.Ⅱ图像中纵坐标可以为镓的转化率C.Ⅲ图像中纵坐标可以为化学反应速率D.Ⅳ图像中纵坐标可以为体系内混合气体平均相对分子质量
解析 根据题意分析可得,发生反应的化学方程式为2Ga(s)+2NH3(g) 2GaN+3H2(g) ΔH<0。Ⅰ图像中如果纵坐标为正反应速率,升高温度或增大压强,反应速率增大,图像符合题意,A项正确;由反应的化学方程式可知,增大压强时平衡逆向移动,镓的转化率减小,B项错误;Ga是固体,其质量不影响反应速率,C项错误;根据反应的方程式可知,相同压强下,升高温度,平衡逆向移动,混合气体的平均相对分子质量增大;相同温度下,增大压强,平衡逆向移动,混合气体的平均相对分子质量增大,D项错误。
对点演练3密闭容器中进行的可逆反应aA(g)+bB(g)cC(g)在不同温度(T1和T2)及压强(p1和p2)下,混合气体中B的质量分数w(B)与反应时间(t)的关系如图所示。下列判断正确的是( )A.T1
答案 B 解析 由(T1,p1)和(T1,p2)两条曲线可以看出,p2>p1;压强较大(即压强为p2)时对应的w(B)较大,说明增大压强平衡逆向移动,则a+b
规律小结 化学平衡图像题的解题思路
知识梳理1.含义在一定条件(恒温恒容或恒温恒压)下,同一可逆反应体系,起始时加入物质的物质的量不同,达到化学平衡时,同种物质的百分含量 。
2.原理同一可逆反应,在外界条件一定时,不管是从正反应开始,还是从逆反应开始,最后都能达到平衡状态,其中平衡混合物中各成分的百分含量 。由于化学平衡状态与 有关,而与建立平衡的 无关,因而同一可逆反应,从不同的状态开始,只要达到平衡时的条件(温度、浓度、压强等)完全相同,即可形成等效平衡。
3.规律对于可逆反应aA(g)+bB(g) cC(g)+dD(g)
自我诊断1.对于以下三个反应,从反应开始进行到达到平衡后,保持温度、体积不变,按要求回答下列问题。(1)PCl5(g) PCl3(g)+Cl2(g):再充入PCl5(g),平衡向 方向移动,达到平衡后,PCl5(g)的转化率 ,PCl5(g)的百分含量 。 (2)2HI(g) I2(g)+H2(g)再充入HI(g),平衡向 方向移动,达到平衡后,HI的分解率 ,HI的百分含量 。
(3)2NO2(g) N2O4(g)再充入NO2(g),平衡向 方向移动,达到平衡后,NO2(g)的转化率 ,NO2(g)的百分含量 。
答案 (1)正反应 减小 增大(2)正反应 不变 不变 (3)正反应 增大 减小
2.在等温等容条件下,发生可逆反应2A(g)+B(g) 3C(g)+D(g) ΔH=-Q1 kJ·ml-1(Q1>0),起始物质的量如下表所示:
(1)上述反应达到平衡时,互为等效平衡的是 ;相同的量有 。 (2)达到平衡后,①放出的热量为Q2 kJ,⑤吸收的热量为Q3 kJ,则Q1、Q2、Q3的定量关系为 。
答案 (1)①③⑤ 物质的量、质量、体积、物质的量浓度、组分百分含量(物质的量分数、质量分数、体积分数) (2)Q2+Q3=Q1
考向1 恒温恒容条件下的等效平衡【典例1】 (2020湖南长郡中学月考)一定温度下,在3个容积均为1.0 L的恒容密闭容器中反应2H2(g)+CO(g) CH3OH(g)达到平衡,下列说法正确的是( )
A.该反应的正反应吸热B.达到平衡时,容器Ⅰ中反应物的转化率比容器Ⅱ中的大C.达到平衡时,容器Ⅱ中c(H2)大于容器Ⅲ中c(H2)的两倍D.达到平衡时,容器Ⅲ中的正反应速率比容器Ⅰ中的大
答案 D 解析 对比容器Ⅰ和Ⅲ可知两者投料量相当,若温度相同,最终会建立等效平衡,但Ⅲ中温度高,平衡时c(CH3OH)小,说明平衡向逆反应方向移动,即逆反应为吸热反应,则正反应为放热反应,A错误;Ⅱ相对于Ⅰ成比例增加投料量,相当于加压,平衡正向移动,转化率提高,所以平衡时Ⅱ中转化率高,B错误;不考虑温度,Ⅱ中投料量是Ⅲ的两倍,相当于加压,平衡正向移动,所以平衡时Ⅱ中c(H2)小于Ⅲ中c(H2)的两倍,再考虑温度,Ⅲ中c(H2)还会增大,C错误;对比Ⅰ和Ⅲ,若温度相同,两者会建立等效平衡,两容器中反应速率相等,但Ⅲ温度高,速率更快,D正确。
对点演练1将4.0 ml PCl3和2.0 ml Cl2充入体积不变的密闭容器中,在一定条件下发生下述反应:PCl3(g)+Cl2(g) PCl5(g)。达到平衡时,PCl5为0.80 ml ,如果此时移走2.0 ml PCl3和1.0 ml Cl2,在相同温度下再达平衡时PCl5的物质的量是( )A.0.8 mlB.0.4 mlC.小于0.4 mlD.大于0.4 ml,小于0.8 ml
对点演练2在相同温度下,体积均为1 L的四个密闭容器中,保持温度和容器容积不变,以下表中四种不同的投料方式进行反应。平衡时有关数据如下。[已知2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) ΔH=-196.6 kJ·ml-1]
下列关系正确的是( )A.a=c;e=gB.a<2b;e<2fC.a>d;e>hD.c+98.3e=196.6
答案 D 解析 根据投料,甲、丙是等效平衡,甲容器起始时从正反应方向建立平衡,放出热量a,丙容器从逆反应方向建立平衡,吸收热量c,a+c=196.6,因转化率不确定,二者不一定相等,A错误;若将甲容器的容积扩大为原来的2倍,则达到平衡时甲与乙内各物质的浓度相等,但放出的热量是乙的2倍,现将甲恢复为原来的体积,平衡向正反应方向移动,又会放出热量,故a>2b,同理e>2f,B错误;丁中的O2可看作是在甲达到平衡后再充入1 ml O2,则平衡正向移动,放出热量增多,即有a
考向2 恒温恒压条件下的等效平衡【典例2】 恒温恒压下,在一个容积可变的密闭容器中发生反应A(g)+B(g) C(g),若开始时通入1 ml A和1 ml B,达到平衡时生成a ml C。则下列说法错误的是( )A.若开始时通入3 ml A和3 ml B,达到平衡时,生成的C的物质的量为3a mlB.若开始时通入4 ml A、4 ml B和2 ml C,达到平衡时,B的物质的量一定大于4 ml
C.若开始时通入2 ml A、2 ml B和1 ml C,达到平衡时,再通入3 ml C,则再次达到平衡后,C的物质的量分数为D.若在原平衡体系中,再通入1 ml A和1 ml B,混合气体的平均相对分子质量不变
答案 B 解析 A项,开始时通入3 ml A和3 ml B,由于容器体积膨胀,保持恒压,相当于将三个原平衡时的容器叠加,则平衡时C的物质的量为3a ml ,正确;B项,无法确定平衡移动的方向,不能确定平衡时B的物质的量一定大于4 ml,错误;C项,最终达到平衡时和开始通入1 ml A和1 ml B 达到的平衡为等效平衡,根据题给数据可算出达到平衡时C的物质的量分数为 ,正确;D项,两种情况下属于等效平衡,各气体的比例不变,混合气体的平均相对分子质量不变,正确。
对点演练3容积相同的甲、乙两个容器中,分别充有SO2和O2,且两容器中相同物质的物质的量相等,在相同温度下发生反应2SO2+O2 2SO3并达到平衡。在这个过程中,甲容器保持容积不变,乙容器保持压强不变,若甲容器中SO2的转化率为p%,则乙容器中SO2的转化率为( )A.等于p%B.大于p%C.小于p%D.无法判断
解析 根据题意,甲、乙两容器可设为如图所示装置: 。2SO2+O2 2SO3是一气体总物质的量减少的反应。甲容器保持容积不变,压强变小,乙容器保持压强不变,容积减小,达到平衡状态时转化为状态丙 。假设乙中的活塞不移动,由于甲、乙两个容器的容积、温度相同,达到平衡时甲、乙两容器中存在的平衡是等效平衡,其中SO2的转化率也相等。对于乙和丙两个状态,乙中压强小于丙中压强,因此丙中SO2转化率大于乙中SO2转化率。由此可以判断出丙中SO2的转化率也大于甲中SO2的转化率。所以正确答案为B。
1.影响化学平衡移动的3个外界因素(1)浓度;(2)压强;(3)温度。2.判断化学平衡移动的依据是勒夏特列原理。3.解平衡图像题的2个策略(1)“先拐先平数值大”原则:先出现拐点的反应则先达到平衡,其代表的温度越高或压强越大。(2)“定一议二”原则:先确定横坐标(或纵坐标)所表示的数值,再讨论纵坐标(或横坐标)与曲线的关系。
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